新型碳技术:力求延长电池寿命十年

洲际电池圈2022-03-16 15:38:35


铅碳电池是一种新型的超级电池,是将铅酸电池和超级电容器两者合一。这既发挥了超级电容瞬间大容量充电的优点,也发挥了铅酸电池的比能量优势,且拥有非常好的充放电性能。由于加了碳 (活性碳、石墨和碳黑),便可一定程度上阻止负极硫酸盐化现象,改善了过去电池失效的一个因素,更延长了电池寿命。
 
·负极硫酸盐化的机理  
 
·负极硫酸盐化


·电池面对的主要问题以及C&D的解决方案:

电池负极出现的主要问题为:活性物质硫酸盐化问题。其主要结局方法是应用碳技术进行调节。

电池正极出现的主要问题为:正极板栅腐蚀问题。C&D独特的正极设计适合于循环应用,有降低腐蚀作用。

·碳的不同类型及基本特性

·C&D 碳技术对电池性能的改善
1、改善极端温度耐受性能;
2、提高充电接收能力;
3、大大降低在PSoC下运行的硫酸盐化速率,提高循环性能,延长电池在PSoC下的寿命;
4、提高电池深循环性能。

·C&D 碳电池的性能特征
1、C&D 碳电池的低温特性
C&D 碳电池相比富液蓄电池和传统普通阀控铅酸蓄电池,具有良好的低温放电性能。碳材料具有极大的可利用表面,如图。


如上图所示,在-20度, 普通铅酸蓄电池只能放出 50% 的额定容量,而C&D碳电池在相同的温度下,则可以放出 66% 的额定容量。这意味着 C&D 碳电池相比普通铅酸电池在-20度的温度下, 可以提供16%更多的容量。


低温性在电池选型时对客户的好处,其一是在相同的容量输出要求下,更小的电池尺寸,节省占地空间。其二是可提供更多的功率输出,更少的电池数量,节省相关配件。其三是在相同的尺寸下,相比较于普通铅酸蓄电池,可以提供更长的备用时间。
 
2、C&D 碳电池的高温特性
C&D 碳电池具有优异的热管理性能,归因于碳/石墨的良好的热传导性能。

C&D 碳电池不仅能够散发自身产生的热量,还能吸收来自正极板和电池的热量。因此,使用碳强化电极制成的蓄电池,能够在发生电化学反应产生热量时快速将热量导出蓄电池。与传统的铅酸蓄电池相比,这就大大降低热失控发生的可能性,实现了电池在凉爽适宜的温度下运行。

3、C&D 碳电池: 充电接受能力
集成碳的碳电池 可以接受的最大充电电流是普通铅酸电池的300%。例如:C&D碳电池5hrs vs。普通铅酸电池10hrs @ C15min放电,100% 充电;C&D 碳电池10 hrs vs。普通铅酸电池>17hrs @ C/10放电,100%充电充电时间减少50%,如下图。

·C&D 碳电池: 充电时间与放电深度 
·部分荷电状态(PSoC)下运行
蓄电池需要能够实现高效率的随机充电;在浮充电压下以有限时间进行充电,会导致电池在部分荷电状态(PSoC)下运行,阀控式铅酸蓄电池在部分荷电状态下反复运行,会导致“不可逆”的容量损失,而在负极上形成的PbSO4晶体再次结晶后形成“硬硫酸盐”(即低表面积的大晶粒),在一般情况和工作条件下难以转换为铅(Pb),另外,Ericsson测试模拟了典型的部分荷电状态(PSoC)。
1.     39.0WPC (6小时放电率)放电 2 Hours (33%DOD)
2.     2.27VPC 充电 2 Hours
3.     39.0WPC 放电 3 Hours (50%DOD)
4.     2.27VPC 充电 4 Hours
5.     39.0WPC 放电 5 Hours (83%DOD)
6.     2.27VPC 充电 8 Hours
7.     重复以上6个步骤  (平均放电深度超过55%)
 
 
·C&D碳电池优异的循环性能(25度和35度下)
 
 
·C&D碳电池特点总结
1、铅碳电池放电深度60%,可循环使用3,000次以上。(C&D铅碳电池30%-80% PSoC测试从2012年6月开始实测循环性能,循环超过4,300次,测试至今仍未结束。C&D以爱立信测试,一天3个循环,放电深度分别为33%/50%/83%,平均放电深度超过55%,已循环超过1,450天,4,350次,测试至今仍未结束。)。
2、铅碳电池在部分荷电状态 (PSoC),可抑制负极硫酸盐的产生,电池不会因充电不足而失效。注:负极产生硫酸盐结晶是普通阀控式铅酸电池失效的原因之一。
3、铅碳电池的工作温度范围很宽:-23℃至60℃。
4、铅碳电池加入碳元素,碳有良好导热性能,所以 铅碳电池适合高温工作。
5、铅碳电池低温放电性能比传统铅酸电池高。传统铅酸电池在-20℃的放电容量只有50%,铅碳电池在相同温度的放电容量可达66%。
6、传统铅酸电池最高只能以0.2 C充电(标准充电是0.1C)。铅碳电池可接受最大0.6C充电,充电电流是传统铅酸电池的3倍,可大大缩短充电时间,特别适合充电不稳定的太阳能系统使用。
7、 C&D铅碳电池大部份是前端子电池或卧式电池,电池在前面接线,维护方便。电池层与层之间不需要维护空间,可大量节省安装面积。(C&D铅碳电池在集装箱的安装比其他品牌节省30%或以上安装面积。)
 
综上,铅碳电池对电池性能的改善、在电池的性能特征,如高温及低温特性、充放电深度,及循环性能等方面均具有一定优势。与锂电池相比,虽然在体积、重量、比能量、放电倍率及循环次数上,锂电池略胜一筹,但铅碳电池胜在安全性更高,且具有回收价值,可再利用。在电池管理系统(BMS)方面,铅碳电池不需要过分的监控系统。最重要的是,铅碳电池价钱便宜,锂电池约为铅碳电池2.5倍,铅碳电池性价比更优。在削峰填谷储能应用,铅碳电池已有经济价值,投资回收期约5-6年。与胶体电池相比,铅碳电池的优势更大,在体积、循环使用次数、部份荷电状态工作、充电能力及负极不会产生硫化现象等方面都具优势,铅碳电池是太阳能和风能等再生能源最佳平滑波动的储能产品。总之,铅碳电池虽然有提高进步的空间(C&D第二代铅碳电池已在试验阶段),但其优势不容忽视,是可研究发展的蓄电池类型之一。

注:由于铅碳电池尚未有行业标准,各品牌的配方及性能差别很大,以上所列出是C&D的铅碳电池性能,不代表其他品牌的铅碳电池性能。)

资料提供 | 西恩迪科技有限公司 亚洲区业务发展总监 文宝玉

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